3D打印技術及其在軍事領域的應用

2018-07-08 08:43劉小桐賈曉明王帆

世紀之星·交流版訂閱 2018年3期 收藏

關鍵詞：軍事領域模型

劉小桐 賈曉明 王帆

[摘 要]3D打印技術的興起時間雖短，但其所發(fā)揮的作用卻是不可估量的，其對于制造業(yè)、手辦動漫制作、軍事領域發(fā)展的貢獻是大眾有目共睹的。本文通過對3D打印技術基本內容的描述及該技術在軍事領域中的靈活運用來反映3D打印技術的推廣應用對于軍事領域的發(fā)展做出不可磨滅的貢獻。

[關鍵詞]3D打印技術；軍事領域；應用

隨著近幾年科技的不斷進步，大量的科技產品涌入各行各業(yè)中，并為各行業(yè)的穩(wěn)步向前提供較大的助力，3D打印技術便是其中的佼佼者，它開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代。通過近幾年的廣泛應用，國內外的專家學者皆對該技術產生了濃厚的興趣，并深入研究該技術對于我們的生活、工作、社會進步所能產生的成效。

一、3D打印技術

1.基本概念

簡而言之，利用材料多層次疊加的方式完成對立體物質的制造方法便可以稱之為3D打印技術。其操作的主要流程可以概括為以下幾方面：首先，使用計算機輔助設計軟件完成對所需制造的物質模型的設計；其次，對設計完成的模型做分層處理；接著在相關文件的指引下，采用相關技術對平面做逐層固化處理，最后將過程中所需的支架材料拆除，則制作物件完成。

（1）3D打印過程

該操作流程大致可以分成三部：創(chuàng)建數(shù)據(jù)、打印、后期處理。

①創(chuàng)建數(shù)據(jù)即就是創(chuàng)建該制作物質的三維立體模型，并對模型做分層處理。該操作是通過計算機輔助設計軟件實現(xiàn)的，同樣3D掃描儀器也通過掃描成品產生該物體的模型，分層處理則是將立體結構分成多個二維截面，為后期制作做鋪墊。

②打印流程則是利用打印設備將模型中各項數(shù)據(jù)做專業(yè)化的整合，再根據(jù)設備需要進行材料的逐層鋪設，即完成每一個截面的鋪設，最后根據(jù)順序進行熔合，使其顯現(xiàn)出最終成品的形態(tài)。

③后期加工主要包含成品與支撐架材料的拆除、打磨、拋光等處理，某些材料的制作還可能用到強化處理等等，根據(jù)工件的不同進行靈活調整。

二、3D打印技術在軍事領域的具體應用

1.制造飛行器零件

3D打印技術的推廣已經(jīng)受到了各行各業(yè)的廣泛關注，航空航天領域便是眾多受惠行業(yè)其中之一，利用該技術加快了軍事領域的發(fā)展腳步，該技術的使用在國內外都已存在研究成功的范例。像是飛行器內部的零散組件，往往由于其制作復雜、流程繁多，導致在制作時，成本消耗較為嚴重。制造出的零件質量仍舊不合人意，該技術的使用則切實地解決了這種問題。

美國某工業(yè)企業(yè)便是通過使用該技術完成了對愛國者號防空系統(tǒng)內部齒輪零件的制造，在該技術未普及前，制作該零件的成本為2-4萬美元，在使用該項工藝后將成本縮減至1250美元，有效降低制造成本。世界聞名的日常消耗品公司——通用公司便利用3D打印技術打造出成本較為低廉的發(fā)動機設備中的材質為鈦合金的組件。

葉盤的優(yōu)質程度的優(yōu)質程度對于發(fā)動機的質量也是發(fā)揮著較為關鍵的作用，葉盤在發(fā)動機工作時起到將轉子葉片與輪盤結構融為一體的作用，該作用完成了對整體結構的優(yōu)化，一定程度上減小質量，從而進一步提升發(fā)動機的整體性能。我國國內貴州的航空企業(yè)便是利用該技術工藝制作出質量較高、性能符合制作要求的葉盤零件。

2.無人機與模型飛機

該技術是在近幾年才開始興起，但是由于該技術對于許多行業(yè)的發(fā)展都起到一定程度的推動作用，因此該技術迅速在各行各業(yè)廣泛應用。無人機與模型飛機的發(fā)展也離不開該技術的推動。歐洲宇航防務集團在2013年便將該技術融入進無人機的制造過程中去，在該技術的促進下，研發(fā)出規(guī)模較小的無人機原型及無人機中主要部件。關于無人機的制造，英國南安普頓大學則是完成了對第一架3D打印飛機的制造，并且經(jīng)過測試，該飛機已試飛成功。通過相關數(shù)據(jù)了解，該飛機機翼長為2米，飛機最高速度100米/min，且機身自行裝備自動化駕駛設備用以巡航。與此同時，美國空軍通過大量實驗與探究研發(fā)出性能較高的無人機設備，且該設備已通過相關測試。

3.設備維護

考慮到僅僅依靠臨時維修或是備件去保障設備能夠在使用期限內完成自己的使命的行為是不可取的，并且此期間內耗費的費用較為龐大。3D打印技術的柔性維修性能在維修護理方面起到較大的幫助，如若在檢查中出現(xiàn)零件損壞的情況，只需了解該零件的模型，便可以在最短時間內將該零件制作完成并應用于設備中，降低了設備對于生產商的依賴性，并且針對停產的問題得到有效解決。

4.太空制造

在目前階段的太空研究中，技術人員完成任務通常需要以發(fā)射工具作為媒介，將太空站中所需的設備、零件、備用部件等等各類必需品用發(fā)射工具將其傳輸至太空中，然而該方法的失效是技術人員無法預估且不能作出相應有效措施去應對的。因此為改善這種問題，在作業(yè)過程中，往往采取攜帶必需品的方式，然而相關專業(yè)數(shù)據(jù)表明，該運輸方式對于運送成本的消耗較為嚴重。為此美國航空局做出大膽的猜想并付諸實踐，希望可以利用3D打印技術的性能解決該難題，將該設備運送進太空，把制作的任務交給宇航員來完成。如此一來，不僅成功解決費用問題，還大幅度地提升宇航員進行作業(yè)時的安全系數(shù)，這對于航空領域的發(fā)展是一次質的飛躍。

三、結語

在上述描述里不難發(fā)現(xiàn)，3D打印技術的出現(xiàn)確實很大程度上解決了軍事領域的某些難題，對于軍事領域發(fā)展前進的步伐起到較大的促進作用，并縮減了某些不必要的開支。由此可見，該技術在軍事領域中的廣泛應用是十分必要的，值得行業(yè)人員去深度發(fā)掘該技術的其他性能，為行業(yè)發(fā)展提供幫助。